Obrazový kredit: NASA
Keby mimozemskí astronómovia okolo vzdialenej hviezdy študovali mladé Slnko pred štyridsiatimi a pol miliardami rokov, mohli by vidieť známky novovytvorenej Zeme obiehajúcej túto neškodnú žltú hviezdu? Odpoveď je áno, podľa Scott Kenyon (Smithsonian Astrofyzical Observatory) a Benjamin Bromley (University of Utah). Okrem toho ich počítačový model hovorí, že pomocou rovnakých znakov môžeme nájsť miesta, kde v súčasnosti planéty Zemskej veľkosti vytvárajú mladé svety, ktoré jedného dňa môžu hostiť svoj vlastný život.
Kľúčom k lokalizácii novonarodených Zeme, povedzme Keňon a Bromley, je nehľadať planétu samotnú, ale prsteň prachu obiehajúci okolo hviezdy, ktorá je odtlačkom prsta pozemskej (skalnej) planéty.
"Pravdepodobne existuje, ak existuje kruh prachu, existuje planéta," hovorí Kenyon.
Dobré planéty je ťažké nájsť
Naša slnečná sústava sa vytvorila z vírivého disku plynu a prachu, ktorý sa nazýva protoplanetárny disk a obieha mladé Slnko. Rovnaké materiály sa nachádzajú v našej galaxii, takže zákony fyziky predpovedajú, že iné hviezdne systémy budú podobným spôsobom vytvárať planéty.
Hoci planéty môžu byť bežné, je ťažké ich odhaliť, pretože sú príliš slabé a umiestnené príliš blízko k oveľa jasnejšej hviezde. Preto astronómovia hľadajú planéty hľadaním nepriamych dôkazov o ich existencii. V mladých planetárnych systémoch môžu byť tieto dôkazy prítomné aj na samotnom disku a na tom, ako planéta ovplyvňuje prašný disk, z ktorého tvorí.
Veľké planéty veľkosti Jupiter majú silnú gravitáciu. Táto gravitácia silne ovplyvňuje prašný disk. Jediný Jupiter dokáže vyčistiť medzeru v tvare prstenca, deformovať disk alebo vytvoriť koncentrované stopy prachu, ktoré zanechávajú na disku obrazec ako prebudenie z lode. Prítomnosť obrovskej planéty môže vysvetliť vzorec prebudenia pozorovaný na disku okolo 350 miliónov starej hviezdy Vega.
Na druhej strane malé svety veľkosti Zeme majú slabšiu gravitáciu. Majú slabší vplyv na disk a zanechávajú jemnejšie znaky ich prítomnosti. Kenyon a Bromley radšej nehľadajú osnovy alebo prebudenia, ale odporúčajú hľadať, ako jasný je hviezdny systém na infračervených (IR) vlnových dĺžkach svetla. (Infračervené svetlo, ktoré vnímame ako teplo, je svetlo s dlhšou vlnovou dĺžkou a menej energie ako viditeľné svetlo.)
Hviezdy s prachovými diskami sú v IR jasnejšie ako hviezdy bez diskov. Čím viac prachu drží hviezdny systém, tým jasnejší je v IR. Kenyon a Bromley ukázali, že astronómovia môžu používať IR jas nielen na detekciu disku, ale aj na to, keď sa v ňom vytvorí planéta Zem.
„Boli sme prví, ktorí vypočítali očakávanú úroveň tvorby prachu a súvisiace infračervené excesy, a ako prvý sme preukázali, že formácia pozemských planét vytvára viditeľné množstvo prachu,“ hovorí Bromley.
Stavebné planéty od základov
Najrozšírenejšia teória formovania planét vyžaduje vybudovanie planét „od základov“. Podľa teórie zrážania sa malé kúsky skalného materiálu v protoplanetárnom disku zrážajú a držia spolu. V priebehu tisícov rokov sa malé zhluky rozrastajú na väčšie a väčšie zhluky, ako napríklad stavanie snehuliaka po hrsti snehu naraz. Nakoniec sa skalnaté zhluky zväčšia tak, že sa stanú plnohodnotnými planétami.
Kenyon a Bromley modelujú proces formovania planéty pomocou zložitého počítačového programu. „Nasadzujú“ protoplanetárny disk s veľkosťou miliárd planetesimálov 0,6 km (1 kilometer), obiehajú okolo centrálnej hviezdy a včas posunú systém vpred, aby zistili, ako sa planéty vyvíjajú z týchto základných zložiek.
„Simuláciu sme urobili tak realistickú, ako sme dokázali, a výpočty sme dokončili v primeranom čase,“ hovorí Bromley.
Zistili, že proces formovania planéty je mimoriadne efektívny. Spočiatku dochádza ku kolíziám medzi planetesimálmi pri nízkych rýchlostiach, takže kolízne objekty majú tendenciu sa zlúčiť a rast. V typickej vzdialenosti Zem-Slnko trvá len 1 000 rokov, kým sa 1 kilometrové objekty rozrastú na 100 km (60 míľ). Ďalších 10 000 rokov produkuje protoplanety s priemerom 600 míľ, ktoré rastú v priebehu ďalších 10 000 rokov, aby sa stali protoplanetami s priemerom 1 200 míľ. Preto sa objekty veľkosti Mesiaca môžu tvoriť už za 20 000 rokov.
S rastúcim a masívnejším planetesimálom na disku sa zvyšuje jeho gravitácia. Keď niekoľko objektov dosiahne veľkosť 600 kilometrov, začnú „premiešavať“ zvyšné menšie objekty. Gravitácia pritahuje menšie kúsky skaly veľkosti asteroidov na vyššie a vyššie rýchlosti. Cestujú tak rýchlo, že keď sa zrazia, nezmiešajú sa - rozdrvia sa a prudko sa rozbijú. Zatiaľ čo najväčšie protoplanety pokračujú v raste, zvyšok skalných planetesimálov sa navzájom drví na prach.
„Prach sa vytvára presne tam, kde sa planéta tvorí, v rovnakej vzdialenosti od svojej hviezdy,“ hovorí Kenyon. Výsledkom je, že teplota prachu ukazuje, kde sa planéta tvorí. Prach na obežnej dráhe podobnej Venuši bude horúci ako prach na obežnej dráhe podobnej Zemi, čo bude znamenať vzdialenosť kojeneckej planéty od hviezdy.
Veľkosť najväčších objektov na disku určuje rýchlosť produkcie prachu. Množstvo vrcholov prachu, keď sa vytvorili protoplanety s veľkosťou 600 míľ.
„Spitzerov vesmírny teleskop by mal byť schopný zistiť také prachové špičky,“ hovorí Bromley.
V súčasnosti model formácie pozemskej planéty Keneona a Bromleyho pokrýva iba zlomok slnečnej sústavy, od obežnej dráhy Venuše po vzdialenosť asi na polceste medzi Zemou a Marsom. V budúcnosti plánujú rozšíriť model tak, aby zahŕňal obežné dráhy čo najbližšie k Slnku ako Merkúr a tak vzdialené ako Mars.
Modelovali tiež formovanie Kuiperovho pásu - oblasti malých, ľadových a skalnatých predmetov mimo obežnej dráhy Neptúna. Ďalším logickým krokom je modelovanie tvorby plynných gigantov ako Jupiter a Saturn.
"Začíname na okraji slnečnej sústavy a pracujeme dovnútra," povedal Kenyon s úškrnom. „Pracujeme tiež na omši. Zem je 1000-krát hmotnejšia ako objekt Kuiperovho pásu a Jupiter je 1000-krát hmotnejšia ako Zem. “
„Naším konečným cieľom je modelovať a porozumieť formovaniu celej našej slnečnej sústavy.“ Kenyon odhaduje, že ich cieľ je dosiahnuteľný za desať rokov, pretože rýchlosť počítača sa neustále zvyšuje, čo umožňuje simuláciu celej slnečnej sústavy.
Tento výskum bol publikovaný 20. februára 2004, vydanie časopisu The Astrophysical Journal Letters. Ďalšie informácie a animácie sú k dispozícii online na adrese http://cfa-www.harvard.edu/~kenyon/.
Harvardovo-Smithsonovské centrum pre astrofyziku so sídlom v Cambridge v štáte Massachusetts je spoločná spolupráca medzi Smithsonovským astrofyzikálnym observatóriom a observatóriom Harvard College. Vedci CfA, rozdelení do šiestich výskumných divízií, študujú pôvod, vývoj a konečný osud vesmíru.
Pôvodný zdroj: CfA News Release
